FR2488085A1 - Dispositif de commutation pour la decharge d'une capacite, et camera de prise de vues comprenant ce dispositif - Google Patents

Abstract

COMMUTATEUR MOS, EN PARTICULIER POUR UNE CAMERA DE TELEVISION, AU MOYEN DUQUEL, DANS LES LIMITES DU TEMPS DE RETOUR DU SPOT DE LIGNE, L'ENSEMBLE DU SIGNAL PRODUIT PAR VOIE OPTIQUE PEUT ETRE TRANSMIS AU MOYEN DU RETRANSFERT PERIODIQUE D'UNE QUANTITE DE CHARGE FIXE, DU DRAIN 5 VERS LA SOURCE 6.

Description

"DISPOSITIF DE COMMUTATION POUR LA DECHARGE D'UNE CAPACITE"

La présente invention concerne un dispositif semiconduc-

teur comportant un corps semiconducteur avec un dispositif de commutation au moyen duquel, dans un intervalle de temps déterminé d'une durée finie T, une quantité de charge Qsi qui est représentative d'un signal, est transférée d'un pre-

mier condensateur Cs vers une deuxième condensateur Cd.

De tels dispositifs semiconducteurs peuvent être uti-

lisés en particulier mais non exclusivement dans des camé-

ras de prise de vue dans lesquelles l'image à enregistrer est convertie dans une couche photosensible en un motif de paquets de charges Q5 qui est transféré vers un organe de

lecture par l'intermédiaire de lignes de signalisation rela-

tivement longues. Une telle caméra est décrite, entre autres, dans le brevet français délivré sous le No 2 341 242

La cible photosensible dans ce disposi-

tif est accessible d'un côté pour l'image à enregistrer et est pourvue de l'autre côté d'un certain nombre de bandes conductrices de signaux qui s'étendent dans le sens de colonnes. Les bandes conductrices de signaux sont couplées,

par l'intermédiaire de commutateurs formés par des transis-

tors à effet de champ, à un registre de lecture horizontal ayant la forme d'un registre de transfert de charges, par

exemple une ligne dite BBD ou une ligne dite CCD.

Le transfert des charges de signaux Qs des bandes con-

ductrices de signaux vers le registre de lecture peut s'ef-

fectuer dans un intervalle de temps T limité, de préférence

pendant le temps de retour du spot de ligne. Une valeur spé-

cifique pour cet intervalle de temps est de 10 microsecondes.

Les transistors à effet de champ habituels accusent en général pour les courants utilisés, une caractéristique -2- I-V approximativement exponentielle, o I est le courant gs passant par le transistor et Vgs la tension entre la grille et la zone de source. Par conséquent, lorsque, dans le cas o les transistors ont une tension de seuil Vth = O, Vgs diminue, le courant tendra de manière exponentielle vers zéro. Le résultat est que le transfert des paquets de charges Qs se déroule de plus en plus lentement parce que, pendant le transfert, la tension de la zone de source se

modifie et ainsi également V gs. Etant donné que l'inter-

valle de temps disponible pour le transfert de charges est un intervalle fini, il subsistera toujours de la charge sur les bandes conductrices de signaux. Cette charge et, par conséquent, le potentiel des bandes conductrices de signaux, dépendent de la grandeur du signal. Pour une exposition constante de la totalité de l'image, les bandes conductrices de signaux se régleront sur un potentiel Us0 0 s qui est tel que chaque paquet de signaux Q, su perposé à Us, soit transféré complètement dans l'intervalle de temps T. Lors d'un saut brusque -das l'image,par exemple entre un domaine d'intensité faible et un domaine d'intensité élevée, les bandes conductrices de signaux n'atteindront le nouveau

potentiel d'équilibre qu'après un certain nombre de lignes.

Ce nombre dépend en général de la grandeur des signaux, mais il sera en particulier d'autant plus grand que les signaux sont plus petits et, dans des formes d'exécution spécifiques, il peut même atteindre un ordre de grandeur de 25. Il est ainsi possible que, dans l'image enregistrée,

lors de sa reproduction par exemple sur un écran de télé-

vision, un défaut de netteté important soit introduit, prin-

cipalement pour une intensité lumineuse faible, entre des

lignes d'intensités différentes.

Le fait que la tension d'équilibre Us0 des bandes conduc-

s trices de signaux dépende de la grandeur de la charge Qs, donc de l'intensité lumineuse, peut, semble-t-il, entraîner -3-

aussi dans le sens horizontal un défaut de netteté résul-

tant d'une diaphonie entre des bandes voisines par l'inter-

médiaire de capacités parasites.

Des difficultés analogues peuvent également surgir lors de l'utilisation d'autres cibles photosensibles que celles

ici décrites, du fait de la caractéristique I-Vgs exponen-

tielle et du transfert de charges incomplet qui en découle.

C'est le cas, par exemple, des dispositifs de prise de vue

dans lesquels les cellules photosensibles comprennent cha-

cune une photodiode et un transistor à effet de champ pour la sélection et la lecture de la cellule. Dans ce type de dispositif de prise de vues peuvent également apparaître des difficultés de manque de netteté dues à des charges de signaux incomplètes et dépendant des signaux, comme décrit

plus haut.

De plus, la manière selon laquelle sont formées les charges de signaux Qs qui sont produites dans des éléments photo-électriques par production de charges résultant de l'absorption d'un rayonnement, n'a pas d'importance pour l'invention qui pourrait, par conséquent, être utilisée non seulement dans des caméras mais aussi avantageusement dans

des dispositifs de types différents dans lesquels des char-

ges de signaux doivent être transférées dans un intervalle de temps relativement petit d'un premier condensateur vers un deuxième condensateur. Les difficultés décrites peuvent aussi apparaître lors de l'utilisation d'autres commutateurs que des transistors à effet de champ à grille isolée, de

sorte que l'invention ne doit pas être limitée à ces tran-

sistors à effet de champ.

L'invention vise à procurer un dispositif semiconduc-

teur au moyen duquel une charge de signaux Q5 peut être

transférée entièrement dans un intervalle de temps T prédé-

terminé, le potentiel du premier condensateur étant en prin-

cipe entièrement indépendant du signal après le transfert de

la charge Qs.

-4- L'invention est basée, entre autres, sur le principe que l'on peut atteindre un transfert rapide et complet d'une charge de signal Q5 en faisant passer, par exemple dans le cas d'un transistor à effet de champ, un courant fixe i0 par le transistor et en y superposant le courant de signal passant par le transistor, i pouvant être choisi

tel que la fraction ( dV > correspondante, qui est dé-

dVgs terminante pour l'impédance d'entrée pour de petits signaux,

ait encore une valeur convenable.

Un dispositif semiconducteur du type décrit plus haut est, suivant l'invention, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens à l'aide desquels, pendant ledit intervalle de temps, une quantité de charge fixe Qt est périodiquement retransférée vers Cs avec une fréquence n/T, n et Qt étant choisis tels que dans une période t< T, o t est mesuré à partir du début du transfert de la charge, on atteigne une situation d'équilibre dans laquelle la charge provenant de Cs, transférée par unité de temps, soit égale, au moins pratiquement, à la charge retransférée dans C pendant la même unité de temps, le potentiel de CS étant pratiquement indépendant de Qs Par le fait que, lors du transfert d'un signal Qs, le courant passant par le commutateur ne devient pas nul mais peut être réglé à une valeur i adéquate, on peut atteindre

un état d'équilibre qui ne dépend que de i et non de Qs.

Par le fait qu'en outre on utilise la charge de signal Qs elle-même pour le courant i,, il n'est pas nécessaire de

prévoir une source de courant séparée.

Une forme d'exécution importante est caractérisée en ce qu'un certain nombre d'éléments sont présents dans lesquels de l'information peut être engendrée et/ou stockée sous la forme d'une charge électronique et, de plus, des moyens de sélection sont présents et permettent de coupler lesdits éléments sélectivement à l'électrode de C5 connectée au -5-

dispositif de commutation pour transférer vers Cs l'infor-

mation stockée dans les éléments.

Bien que l'invention couvre aussi en principe d'autres dispositifs de commutation présentant une caractéristique I-V exponentielleau moins approximativement, comme par

exemple des diodes, une forme d'exécution préférée impor-

tante est caractérisée en ce que le dispositif de commuta-

tion est du type à effet de champ et comporte deux domaines de surface adjacents à une surface du corps semiconducteur qui forment un domaine de source et un domaine de drain du

dispositif à effet de champ couplés respectivement au pre-

mier et deuxième condensateur et séparés l'un de l'autre par un domaine de canal, qui, vu dans le sens du passage du courant du domaine de source vers le domaine de drain, est pourvu d'au moins deux grilles disposées l'une derrière l'autre dont la première est destinée à piloter le passage du courant par le domaine de canal et dont la seconde est prévue pour induire dans la partie sous-jacente du domaine de canal un puits de potentiel servant à stocker la charge Qt qui peut être retransférée vers le domaine de source par

l'application d'une tension adéquate à la deuxième grille.

Comme cela ressortira encore de la description avec réfé-

rence aux dessins, le mécanisme de retransfert peut être réalisé d'une manière simple par des techniques pratiquement analogues à celles des dispositifs à transfert de charges

(C.T.D.).

Le domaine de drain du dispositif à effet de champ cou-

plé à la capacité Cd peut être disposé directement derrière la deuxième grille en dessous de laquelle le paquet de

charges à retransférer est formé. Cependant, une forme d'é-

xécution préférée qui a l'avantage de permettre une réduc-

tion notable de la réaction d'un puits de potentiel vide de faible capacité en dessous de la deuxième grille vers le domaine de source qui peut être due au fait que le facteur d'amplification des transistors à effet de champ courants -6- n'est pas infini nais est d'un ordre de grandeur de 10 ou de , est caractérisée en ce que des moyens sont prévus à

l'aide desquels le puits de potentiel se trouvant en des-

sous de la deuxième grille peut, après retransfert de la charge Qt vers le domaine de source, à nouveau être rempli

d'une charge avant que de la charge soit à nouveau retrans-

férée du domaine de source vers le domaine de drain.

Un dispositif semiconducteur tel que décrit ici peut en principe être utilisé avantageusement partout o, dans un intervalle de temps T limité, une quantité de charge Q5 s finie doit être transférée d'un premier condensateur C s vers un deuxième condensateur Qd' Une utilisation importante du dispositif semiconducteur conforme à l'invention, dans laquelle des avantages particuliers sont obtenus, a trait au domaine des caméras de prise de vues. Une autre forme d'exécution préférée est par conséquent caractérisée en ce

que ladite électrode du condensateur Cs comporte un conduc-

teur en forme de bande qui, avec les éléments associés con-

tenant de l'information, fait partie d'un dispositif de prise de vues qui comprend un certain nombre de conducteurs en forme de bandes et d'éléments d'information associés semblables, les éléments d'information étant formés par une mosaïque de cellules photosensibles classées en lignes et en colonnes. Les paramètres (fréquence du retransfert et Qt = grandeur du paquet de charge retransféré) sont choisis tels que le signal puisse être transféré dans les limites

du temps de retour du spot de ligne.

L'invention se rapporte en outre à une caméra servant à convertir une image optique en des signaux électriques, Une telle caméra est, conformément à l'invention, caractérisée

par l'utilisation d'un dispositif de commutation semiconduc-

teur tel que décrit plus haut.

Quelques formes d'exécution de l'invention seront dé-

crites ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux des-

sins schématiques annexés, dans lesquels: -7- la figure 1 représente un schéma d'un dispositif de

prise de vues équipé de commutateurs conformes à l'inven-

tion; les figures 2 et 5 illustrent des signaux de tension qui apparaissent pendant le fonctionnement dans un disposi- tif tel que représenté sur la figure 1;

la figure 3 illustre schématiquement une caractéris-

tique MOS;

la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un dis-

positif semiconducteur conforme à l'invention;

la figure 6 illustre des profils de potentiels qui ap-

paraissent pendant le fonctionnement du dispositif repré-

senté à la figure 4, et la figure 7 représente un schéma d'un second dispositif

de prise de vues conforme à l'invention.

La figure 1 illustre un schéma d'un dispositif de prise de vues qui, à l'exception des commutateurs 17{, 172, 173 est décrit dans la demande de brevet hollandais numéro

76.013.61 précitée de la Demanderesse.

Le dispositif comporte un motif bidimensionnel d'élé-

ments photosensibles 4111, 4112, 4113, 4122, 4132, etc.

dans tme cible photosensible 5. Ces éléments sont représen-

tés schématiquement par des condensateurs. La cible 5 est montée dans un tube de prise de vues d'une manière telle que la face arrière de la cible puisse étre analysée par

un faisceau d'électrons 6 et que sa face avant soit acces-

sible aux rayonnements incidents L1, L2, L3, etc.

La face avant de la cible 5 est pourvue de bandes con-

ductrices de signaux 41' 42' 43F dont trois sont représsenées

sur les dessins, mais dont le nombre réel dans des cas con-

crets peut atteindre quelques centai nes. Les bandes 41' 42' 43, qui sont couplées en colonnes aux éléments 4111, 41 41 etc sont connectées par l'intermédiaire des 1c2 22' commutateurs 17 17k 17 au registre à décalage 19' qui, -8-

dans la forme d'exécution représentée, est formé d'un dis-

positif dit BBD ou dispositif en chapelet, mais pourrait

par exemple aussi comprendre un dispositif dit CCD ou dis-

positif à couplage de charges. L'étage de sortie du re-

gistre en chapelet est formé par un circuit à source sui- veuse comportant un transistor à effet de champ 62 et une

borne de sortie 20.

On suppose à titre d'exemple que les transistors 50, 52, 54, 56, 58 et 61 du registre 19' sont, de même que le

transistor 62, du type à canal n.

Les grilles des transistors du registre en chapelet sont connectées tour à tour aux lignes d'horloges S5 et S6 et par l'intermédiaire de ces lignes d'horloge à la source

de tension d'horloge 21'. Le registre 19' est en outre pour-

vu d'un certain nombre d'entrées parallèles 181, 182, 183, etc. qui peuvent être connectées par l'intermédiaire des

dispositifs de commutation 17f, 172, 173, aux bandes conduc-

trices de signaux 411 42' 43,etc.

L'information d'image qui est produite dans la cible photosensible peut être envoyée par l'intermédiaire des bandes 4 et du commutateur 17' dans les condensateurs 53,

57, 60 du registre en chapelet.

Le dispositif tel que décrit ici ne diffère principa-

lement que par les commutateurs 17' du-dispositif décrit dans le brevet français délivré sous le NO 2 341 242 dans lequel les dispositifs de commutation sont formés

par des transistors à effet de champ courants à porte isolée.

Pour obtenir une description plus détaillée de la struc-

ture et du fonctionnement de la caméra, on peut se référer à la demande de brevet néerlandais n0 76.013.61. Dans le présent mémoire, on ne mentionnera principalement que les

éléments qui sont nécessaires pour une description claire

de l'invention.

Les amplitudes des signaux S1 à S12 inclus et le signal d'image PS, tels qu'ils apparaissent dans le dispositif -9- connu, sont représentés sur la figure 2 en fonction du

temps t.

La face postérieure de la cible 5 est chargée au moyen du faisceau d'électrons 6 jusqu'à la tension Uc (par exemple -5 V). Sur la figure 2, A est le signal de commande qui pi-

lote l'analyse de la cible 5 au moyen du faisceau d'élec-

trons. TH est une période de liqne et comporte un temps de retour du spot de ligne T B et un temps d'analyse de ligne TS. On considère que les bandes conductrices de siqnaux 41' 42' 431 etc., se trouvent au début d'un temps d'analyse de ligne, au xotentiel de référence, par exemple à O V. Pendant la période d'intégration, de la lumière peut

frapper la cible photosensible, à la suite de quoi les con-

densateurs 4111, 4112, 4122, etc. peuvent être déchargés, ce qui est représenté schématiquement sur la fiqure 2 par les résistances de fuite 4211, 4212, etc., dont la grandeur dépend de l'intensité L1, L2, L3, etc. Lors de l'analyse

par un faisceau d'électrons 6 aux moments ti, t2, t3, appa-

raissent sur les bandes conductrices de signaux 41' 42' 43

respectivement les chutes de tension U1, U2 et U3 par rap-

port à la tension de référence, qui correspondent aux

charges de signaux Q1, Q2' Q3 dans les condensateurs para-

sites 401, 402' 40 A un moment t4 commence le temps de retour du spot de ligne ou le temps de suppression de ligne TB qui se termine à un moment t7. Pendant le temps TB, une impulsion apparaît entre les moments t5 et t6 dans le siqnal

S5 tandis aue, simultanément, les commutateurs 17' sont fer-

més (représenté schématiquement par l'impulsion dans le si-

gnal S4) pour permettre le transfert des signaux sur les

condensateurs 401, 402' 403 vers le registre en chapelet 19'.

Pour le registre à décalage 19', il convient de noter qu'entre les moments t4 et t5, les capacités 51, 53, 55, 57, 59 et 60 sont chacune chargées jusqu'à 3 V, ce qui résulte de la présence de la tension -3 V dans les signaux S5 et S6 et du potentiel de masse de O V dans les signaux S7 à S12 -10- inclus. L'impulsion dans le signal S4, qui est appliquée à la grille des transistors 17', et l'impulsion dans le signal S5 entre les moments t5 et t6, ont une tension de + 0 V. La tension de 0, 7 V sur les-grilles des transistors 17', 17{ a pour effet que, pour une tension suffisamment élevée sur le drain de ces transistors, la tension présente sur la source, c'est-à-dire sur la bande conductrice de signaux 41 42' 43'

qui y est connectée, ou en d'autres termes la tension pré-

sente sur les condensateurs 401, 402, 403 peut s'élever jusqu'au potentiel de masse de 0 V mais pas plus haut. La tension de 0,7 V est en effet la tension de seuil qui doit être présente entre la grille et la source des transistors

17' pour amener et maintenir ces transistors en conduction.

Le flanc d'impulsion apparaissant au moment t5 avec le saut de tension de -3 V jusqu'à + 0,7 V dans le siqnal S5 donne, par l'intermédiaire des capacités 53, 57 et 60, un saut de tension égal de 3,7 V sur les drains des transistors 17;, 17'. En même temps que la tension de 0,7 V sur les grilles,

les tensions des signaux S8, So et S12 font que les capa-

cités 401, 4 2' 403des bandes correspondantes 41 42 et 43 peuvent être chargées jusau'au potentiel de masse de 0 V (signaux S1, S2 et S3 sur la figure 2 en ta) à partir des capacités 53, 57 et 60 (signaux S 8 S1O et S12). Les états de charges correspondant aux chutes de tension U1, UL2, U3 sur les capacités 401, 402, 403 peuvent être complétés à partir des capacités 53, 57 et 60 et y produire des chutes de tension UL, U' et U3 qui correspondent respectivement

à U1, U2, U3.

Le saut de tension dans les signaux S4 et S5 au moment t6 indique que les commutateurs 17f, 17k, 173 deviennent

bloquants et qu'un saut de tension de même grandeur se pro-

duit dans les signaux S8' S1o et S12* Au moment t7 commence le temps d'analyse de ligne TS qui comporte d'une part, à nouveau, une analyse de ligne de la couche 5 par le faisceau d'électrons 6 et d'autre part le -11transfert des signaux U{, Uq et U3 entre les capacités 51,

53, 55, 57, 59 et 60 sous l'influence des impulsions don-

nées par les signaux S6 et S5. Les signaux U, U et U sont transportés d'une manière connue en soi par le reqistre 19' et peuvent être prélevés à la sortie PS.

Dans le dispositif connu ici décrit, les bandes conduc-

trices de signaux 41' 42' 43 sont amenées à une tension de

référence lors du transfert des charges de signaux des con-

densateurs 401, 402, 40 vers le registre à décalage 19', la tension de référence étant donnée Par la tension de seuil

des transistors 171, 172', 17. De tels transistors MOS pré-

sentent (dans le domaine inférieur au pA) une caractéris-

tique d'intensité-tension qui a une allure plus ou moins exponentielle, comme indiaué par la courbe A sur la figure 3. Dans cette figure, l'intensité est reportée sur l'axe vertical et la tension de grille diminuée de la tension de seuil Vth (pour un transistor MOS canal n) est reportée sur l'axe horizontal, V représentant la tension de la grille par rapport au domaine de source. Pendant le transfert de charge, le potentiel de la source des transistors varie

d'une manière telle que V - Vth tend vers zéro. Ceci signi-

fie que l'intensité tend également vers zéro et Que, lors-

que les transistors sont à nouveau bloquants, toute la char-

ge n'est pas transférée. Le potentiel de référence des bandes conductrices de signaux n'est alors plus égal à la tension de seuil des transistors, mais dépend dans une mesure plus ou moins grande des signaux. A cause de capacités Parasites

entre les bandes conductrices de-signaux 41' 2' 431 des va-

riations dans la tension de référence sur une bande peuvent en outre influencer les bandes voisines. Pour éviter au moins en grande partie cet inconvénient ainsi que d'autres

inconvénients possibles, dans le dispositif conforme à l'in-

vention, les transistors à effet de champ sont remplacés par des commutateurs 17' dont la figure 4 représente une coupe

et qui, dans le schéma de la figure 1, sont chacun repré-

-12-

sentés par un dispositif à effet de champ à trois grilles.

Il convient de noter que le commutateur conforme à l'in-

vention convient en particulier mais non exclusivement pour une caméra mais peut aussi être utilisé avantageusement dans d'autres systèmes dans lesquels un transport de charges ra-

pide est exigé.

La figure 4 est une vue en coupe d'un dispositif semi-

conducteur comportant un corps semiconducteur 1 comprenant un commutateur au moyen duquel, en règle générale, dans, par exemple, les limites du temps de suppression de liqne

dans le cas d'une caméra, un signal de charge du condensa-

teur Cs peut être transféré vers le condensateur Cd. Les condensateurs Cs et Cd qui ne doivent pas nécessairement

être intégrés sur le corps semiconducteur 1, ne sont re--

présentés sur-la figure 4 que par des traits pointillés.

Le commutateur comporte deux bornes 2 et 3 qui sont ou peuvent être connectées respectivement à Cs et Cd et qui forment une source et un drain d'un dispositif à effet de

champ à électrodes de commande isolées G1, G2, G3. Le dis-

positif comprend, dans une forme d'exécution spécifique, un corps semiconducteur du type p en silicium, mais il est

clair que l'on peut également partir d'un corps semiconduc-

teur du type n et que l'invention n'est pas non plus limi-

tée à l'utilisation de silicium, mais que d'autres matières

semiconductrices peuvent aussi être utilisées avantageuse-

ment. Le corps en silicium 1, qui peut avoir une résistance spécifique de 0,3 à 5 ohms.cm habituelle pour dem circuits

intégrés MOST, est pourvu, à la surface 4, de zones de sur-

face de type n, 5 et 6, qui forment respectivement un do-

maine de source et un domaine de drain.

Les bornes 2 et 3 sont connectées respectivement au domaine de source et au domaine de drain par l'intermédiaire des électrodes de source et de drain 7 et 8, par exemple en Aluminium, qui sont en contact respectivement avec les zones et 6. -13- La surface 4 du corps semiconducteur est recouverte

d'une couche isolante 9 qui peut être appliquée d'une ma-

nière classique sous la forme d'une couche d'oxyde de sili-

cium, mais qui peut aussi comprendre d'autres matières di-

électriques, comme du nitrure de silicium ou de l'oxyde d'aluminium. La couche 9, au moins dans le domaine limité par les zones 5 et 6, a une épaisseur d'environ 700 à 1000 o A. En dehors du domaine actif représenté sur la figure 4, la couche d'oxyde 9 qui remplit alors la fonction d'un oxyde de champ, peut avoir une épaisseur beaucoup plus importante

comme c'est le cas d'habitude dans des dispositifs semi-

conducteurs à transistors à effet de champ.

Sur la couche isolante 9 et entre le domaine de source 5 et le domaine de drain 6, est appliquée une première grille G1 dont la fonction peut être comparée à celle de la grille d'un transistor à effet de champ et au moyen de laquelle le

transistor peut être à volonté ouvert ou fermé.

Suivant l'invention, le commutateur comprend des moyens

(G2a, G2b, 10) à l'aide desquels, pendant le temps de trans-

fert T (t5 - t6), une quantité de charge fixe Qt peut être retransférée périodiquement vers le condensateur Cs à une fréquence n telle que dans un intervalle de temps t < T, on atteigne une situation d'équilibre dans laquelle la charge transférée à partir du condensateur Cs par unité de

temps (secondes) est égale à la quantité de charge retrans-

férée par unité de temps. Dans cette situation d'équilibre, le potentiel de la capacité Cs ne dépendra plus de la charge initiale (signal) Qs, mais principalement encore de n et

de Qt.

La grille G2 présente deux parties G2a' G2b connectées l'une à l'autre. En dessous de la partie G2a sont présents des moyens 10 qrâce auxquels, lors de l'application d'une tension à la grille G2, un profil de potentiel asymétrique est obtenu dans le corps semiconducteur avec un puits de potentiel en dessous de la partie G2a dans lequel la charqe -14- Qt à retransférer peut être stockée, et avec une barrière

de potentiel en dessous de la partie G2b.

Le profil de potentiel asymétrique en dessous de l'élec-

trode G2 peut être obtenu de diverses manières connues en soi dans la technique des dispositifs à couplage de charges,

par exemple au moyen de couches d'oxyde de diverses épais-

seurs en dessous des électrodes G2a et G2b. Dans la forme d'exécution représentée à la fiqure 4, l'asymétrie formée par une différence de dopage dans le corps semiconducteur en dessous des parties d'électrodes G2a et G2b, est obtenue par application de la zone 10 de type n en dessous de la partie d'électrode G2a' La concentration en agent dopant de

la zone 10 peut, en vue de l'obtention d'un puits de poten-

tiel de la profondeur souhaitée et ainsi d'une charge Qt de la grandeur souhaitée, être choisie convenablement au moyen d'une implantation d'ions et atteint, par exemple, 1012 à

1014 atomes/cm2.

Bien que, dans un certain nombre d'applications, les

moyens de transfert G2aI G2b, 10, puissent s'avérer suffi-

sants, dans la forme d'exécution présente, des moyens sup-

plémentaires sont prévus pour combler le puits de potentiel en dessous de l'électrode G2a' lorsque ce puits est vide,

avant que la charge soit transférée de Cs vers Cd. Ces mo-

yens, ici placés entre G2 et le domaine de drain 6, compren- nent une troisième grille isolée G3. Du point de vue struc-

turel, l'électrode G3 correspond à l'électrode G2 et com-

porte, comme l'électrode G2, deux parties G3a et G3b con-

nectées l'une à l'autre. En dessous de la partie G3a se

trouve un domaine il de type n, présentant la même concen-

tration en agent dopant que la zone 10. Les dimensions laté-

rales de G3a et de la zone 11 sont choisies de préférence

égales ou supérieures à celles de G2a' 10. Ainsi, par appli-

cation d'une tension adéquate en dessous de G3aI on peut former un puits de potentiel comblé qui peut être utilisé comme réservoir pour la fourniture de la charge Qt* -15-

Les grilles G1, G2 et G3 sont, comme le montre la fi-

gure 1, couplées respectivement par l'intermédiaire des lignes de signaux S41, S42' S43 à la source de tension

d'horloge 21. La figure 5 illustre schématiquement les si-

gnaux S41' S42 et S43 qui remplacent le siqnal S4 sur la

*figure 2.

Sur la figure 5 sont à nouveau indiqués les moments t5 et t6 qui sont situés dans le temps de suppression de lignes TB et qui déterminent l'intervalle de temps dans lequel la charge de signal des bandes conductrices 41' 42' 43 est

est transférée vers le dispositif en chapelet (BBD) 19'.

Le signal S4 sur la figure 2 est remplacé dans le dispositif d'enregistrement conforme à l'invention par le signal S41 sur la figure 5 qui est appliqué aux grilles G Il ressort de l'allure de S41 que le transport de charge n'est pas continu mais discontinu, comme expliqué ciaprès encore plus

en détail.

Au moment t5, les signaux S42 et S43 sont également posi-

tifs. Les valeurs de S41, S42 et S43 peuvent être choisies

par l'homme de métier d'une manière simple telle qu'on ob-

tienne le profil de potentiel représenté en a sur la fiqure 6 dans le corps semiconducteur. Dans cette figure, s et d correspondent respectivement aux domaines de source 5 et 6 de la figure 4, tandis que sur la figure 6, les domaines indiqués en G1, G2 et G3 correspondent respectivement aux parties du corps semiconducteur placées en dessous des grilles Gl, G2 et G3. Les domaines indiqués en G2 et G3,

qui sont hachurés sur la figure 6, correspondent aux do-

maines 10 et il, à dopage de type n, de la figure 4, et représentent de petits paquets de charges qui sont stockés dans les puits de potentiel produits par le dopage. Dans la situation telle que représentée en a sur la figure 6, une charge (sous forme d'électrons) peut passer de s vers d, comme indiqué schématiquement par la flèche en a sur la

fiqure 6.

Pendant ce transfert de charges, le niveau de potentiel de S diminue, à la suite de q'uoi le transfert dé charges se déroulera plus lentement. Pour éviter ce ralentissement et

les difficultés qui y sont associées, on interrompt le trans-

fert et on abaisse le potentiel de G2 au point que le paquet de charges stocké en dessous de G2 soit retransféré vers S. Pour illustrer cette opération, le profil de potentiel au

moment t8 est représenté en b sur la figure 6.

Au cours de l'étape suivante, le transfert de charges de s vers d, comme indiqué en a sur la figure 6, pourrait être poursuivi. Dans ce cas, le puits de potentiel (vide) en dessous de G2 sera à nouveau comblé par une charge, grâce à quoi le potentiel dans le puits de potentiel variera à nouveau. Etant donné que le facteur d'amplification (Vds du transistor formé par la zone 5 en tant que source, gs i=c par G1 en tant que grille et par le puits de potentiel en tant que zone de drain, n'est pas infiniment grand, cette

variation de tension réagit sur S. Pour un facteur d'ampli-

fication spécifique de 10 et un rapport de capacité entre s et le puits de potentiel en dessous de G2 d'environ 100, 1/lOème de la variation de tension en dessous de G2 qui est environ 100 fois plus importante, réagira sur l'entrée du

transistor. Pour éviter cette réaction ainsi que la réac-

tion de d vers s, au moins en grande partie, le domaine G3 est prévu entre G2 et d. Au moment t5 est appliquée en G3 une tension positive S43 telle qu'on obtient en dessous de G3 le profil de potentiel représenté en a sur la fiqure 6,

le potentiel en dessous de G3 étant situé un peu plus pro-

fondément qu'en dessous de G2 et à l'endroit de la zone il dopée de type n, en dessous de G3 est formé un puits de potentiel qui est rempli de charge. En a sur la figure 6,

ce paquet de charges est représenté hachuré.

Après le transfert de la charge'en dessous de G2 de la manière représentée en b sur la figure 6, le transfert de

charge de s vers d n'est pas repris, mais une tension posi-

2488C85

-17- tive est tout d'abord appliquée à G2 tandis que la tension

S43 en G3 est diminuée. En c, la figure 6 illustre le pro-

fil de potentiel dans le commutateur au moment t9. Le paquet de charges en dessous de G3 peut maintenant s'écouler dans le puits de potentiel en dessous de G2 et le remplir. Au moment tl, les signaux S41, S42 et S43 sont à nouveau égaux à ceux présents au moment t5, de sorte qu'une charge peut à nouveau passer de s vers d de la manière illustrée en a sur la figure 6. Pendant le transfert de charge, le potentiel en dessous de G2 ne variera pratiquement pas, de

sorte qu'une réaction vers s est évitée. Une réaction éven-

tuelle de G3 vers s peut être négligée en tant qu'effet du

deuxième ordre.

Le transfert de la charge de signaux Q des bandes conduc-

trices 4i' 42' 43 vers le registre à décalage 19' meut être poursuivi de la manière ici décrite et peut être interrompu

périodiquement pour le retransfert de la charge.

A l'état d'équilibre, la quantité de charges qui est retransférée par unité de temps est égale à la quantité qui

passe de s vers d par unité de temps. La fréquence du re-

transfert est choisie telle que l'on obtienne une situation d'équilibre avec Io, Vo (voir la figure 3) dans laquelle l'impédance de l'interrupteur est suffisamment basse pour transférer chaque signal, indépendamment de sa grandeur, dans les limites du temps de suppression de ligne. Cette

fréquence peut être choisie par l'homme de métier d'une ma-

nière simple, selon les conditions spécifiques dans un cas concret. Dans une forme d'exécution concrète dans laquelle Cs était d'environ lpF et la quantité de charge retransférée est toujours de lOfC, il s'est avéré que l'on peut obtenir des résultats très satisfaisants pour une fréquence de 1 MHz, c'est-à-dire lorsque entre les moments t5 et t6 (figure 5) la charge est retransférée environ dix fois versuS. Par le fait que dans l'intervalle de temps fixé entre t5 et t6, la totalité du paquet de signaux peut être transférée de s vers -18-

d, des images présentant des différences d'intensité peu-

vent être converties avec une grande netteté dans le sens vertical tandis que dans le sens horizontal, un gain de netteté important peut être obtenu par le fait que les bandes conductrices 41 42' 43 peuvent chaque fois être réglées sur une tension finale bien définie (Vo), de sorte que des effets de diaphonie parasites entre les bandes ne

se présentent pratiquement pas.

Un commutateur conforme à l'invention peut être utilisé non seulement dans le tube de prise de vues ici décrit mais aussi dans une caméra de prise de vues d'un autre type, comme par exemple dans des caméras comportant un dispositif de prise de vues tel que représenté schématiquement sur la figure 7. Le dispositif comporte une matrice connue en soi

d'éléments photosensibles 70 classés en rangées et en co-

lonnes qui comprennent chacun une diode D et un transistor

à effet de champ T. Le premier domaine d'électrode princi-

pal des transistors T est connecté aux diodes et l'autre domaine d'électrode principal est connecté aux lignes de lecture 71. Les grilles des transistors sont connectées aux lignes de sélection 72 qui peuvent être pilotées par un

registre à décalage 73. Lorsqu'une des lignes 72 est sélec-

tionnée, les charges de signaux stockées dans les diodes D de la rangée correspondante peuvent être transférées par l'intermédiaire des transistors T associés sur les lignes de lecture 71. En vue de la transmission des signaux des lignes 71 vers une ligne de lecture 74, des commutateurs 75

sont prévus entre les lignes 71 et la ligne 74, leurs struc-

tures et leurs fonctions correspondant à celles des commu-

tateurs 17', 17, 173 de la forme d'exécution Drécédente.

Les commutateurs 75 sont connectés à une source de tension d'horloge 76 qui applique aux portes des commutateurs des

tensions du type représenté sur la figure 5.

Les commutateurs 75 peuvent être connectés, exactement comme dans la forme d'exécution précédente, en parallèle à -19- un registre à transfert de charges, dit CTD, auquel cas les signaux présents sur les lignes de signaux 71 peuvent être transférés simultanément. Dans la forme d'exécution ici représentée, les commutateurs 75 sont toutefois connectés en commun à la sortie 74 et sont par conséquent activés suc- cessivement.

Il est clair aue l'invention n'est pas limitée aux Ax-

emples d'exécution ici décrits, mais que sans sortir du

cadre de l'invention, de nombreuses variations restent pos-

sibles pour l'homme de métier. Ainsi, en lieu et place de

silicium, on peut également utiliser d'autres matières semi-

conductrices adéquates. comme du Ge ou des composés de type AIII-BV comme GaAs. En lieu et place des zones implantées et 11, on peut également utiliser d'autres moyens connus dans la technique des dispositifs dits CTD pour obtenir des puits de potentiel de la profondeur souhaitée, comme par exemple diverses épaisseurs d'oxyde et/ou des sources de tension de commutation entre les électres G2aet G2 et entre les électrodes G3a et G3. De plus, des tensions d'horloge séparées peuvent être appliquées aux électrodes G2a et G2,

de même qu'au système d'électrodes G3a' G3.

Dans les formes d'exécution décrites, les commutateurs

comportent un canal superficiel. En lieu et place d'un com-

mutateur à canal superficiel, on peut aussi utiliser les réalisations comportant un canal enseveli, par analogie avec

des dispositifs connus à canal enseveli.

-20-

Claims (12)

- REVENDICATIONS -

1.- Dispositif semiconducteur comportant un corps semi-

conducteur avec un dispositif de commutation au moyen du-

quel, dans un intervalle de temps déterminé d'une durée finie T, une quantité de charge Qs' qui est représentative d'un signal, est transférée d'un premier condensateur C vers un deuxième condensateur Cd' caractérisé en ce que des

des moyens sont Drévus à l'aide desquels, pendant ledit in-

tervalle de temps, une quantité de charge fixe Qt est Dério-

diquement retransférée vers le condensateur Cs avec une fré-

quence n/T, n et Qt étant choisis tels que dans une période t < T, o t est mesuré à partir du début du transfert de la charge, on atteigne une situation d'équilibre dans laquelle la charge provenant du condensateur Cs, transférée par unité

de temps, soit éqale au moins en pratique, à la charqe re-

transférée dans le condensateur Cs pendant la même unité de temps, le potentiel du condensateur Cs étant pratiquement indépendant de la quantité de charge Qs 2.- Dispositif semiconducteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de charge Qt est au maximum égale à environ 0,1 fois la valeur maximale de la quantité de charge Qs 3.Dispositif semiconducteurs suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un certain nombre d'éléments

sont présents dans lesquels de l'information peut être en-

gendrée et/ou stockée sous la forme d'une charge électro-

nique et, de plus, des moyens de sélection sont orésents et

permettent de coupler lesdits éléments sélectivement à l'é-

lectrode du condensateur C connectée au disoositif de com-

S

mutation pour transférer vers le condensateur, Cs l'infor-

mation stockée dans les éléments.

4.- Disoositif semiconducteur suivant une ou plusieurs

des revendications précédentes. caractérisé en ce aue le

dispositif de commutation est du type à effet de champ et comporte deux domaines de surface adjacents à une surface -21- du corps semiconducteur qui forment un domaine de source

et un domaine de drain du dispositif à effet de champ cou-

plés respectivement au premier et au deuxième condensateur et séparés l'un de l'autre par un domaine de canal qui, vu dans le sens du passage du courant du domaine de source vers

le domaine de drain, est pourvu d'au moins deux grilles dis-

posées l'une derrière l'autre dont la première est destinée à piloter le passage du courant par le domaine de canal et

dont la seconde est prévue pour induire dans la partie sous-

jacente du domaine de canal un puits de potentiel servant à

stocker la charge Qt qui peut être retransférée vers le do-

maine de source par l'application d'une tension adéquate à

la deuxième grille.

5.- Dispositif semiconducteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que des moyens sont prévus grâce auxquels, lors de l'application d'une tension à la-deuxième qrille on obtient dans la partie du corps semiconducteur située en

dessous de la deuxième qrille, un profil de potentiel asy-

métrique avec un puits de potentiel près du-bord de la deu-

xième grille située du côté du domaine de source.

6.- Dispositif semiconducteur suivant la revendication

4, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un do-

maine situé à l'endroit du puits de potentiel et dont la concentration en agent dopant diffère de celle des parties

de surface avoisinantes du corps semiconducteur.

7.- Dispositif semiconducteur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit domaine à l'endroit du puits

de potentiel en dessous de la deuxième électrode de poten-

tiel est formé par une zone dans laquelle sont implantées

des impuretés.

8.- Dispositif semiconducteur suivant l'une quelconque

des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que des moyens

sont prévus à l'aide desquels le puits de potentiel se trou-

vant en dessous de la deuxième grille, après retransfert de la charge Qt vers le domaine de source, peut à nouveau être -22- rempli d'une charge avant que de la charge soit transférée

à nouveau du domaine de source vers le domaine de drain.

9.- Dispositif semiconducteur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens pour le remplissage du puits de potentiel se trouvant en dessous de la deuxième

grille comprennent une troisième grille située entre la deu-

xième grille et le domaine de drain, au moyen de laquelle,

dans la partie sous-jacente du corps semiconducteur, un deu-

xième puits de potentiel peut être induit dans lequel une

charge d'au moins la grandeur de Qt peut être stockée.

10.- Dispositif semiconducteur suivant la revendication

9, caractérisé en ce que des moyens sont prévus grâce aux-

quels, lors de l'application d'une tension à la troisième grille, on forme un profil de potentiel asymétriquedans la partie sous-jacente du corps semiconducteur, présentant un puits de potentiel se trouvant en dessous de la troisième grille et près du bord de celle-ci du côté du domaine de source. 11.- Dispositif semiconducteur suivant la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un domaine de surface disposé à l'endroit du puits de potentiel à former dont la concentration en agent dopant diffère de

celle des parties avoisinantes du corps semiconducteur.

12.- Dispositif semiconducteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ladite électrode du condensateur Cs comprend un conducteur en forme de bande qui, avec les éléments associés contenant l'information, fait partie d'un

dispositif de prise de vues qui comprend un certain nombre-

de conducteurs en forme de bandes semblables et d'éléments d'information associés, les éléments d'information étant formés par une mosaïque de cellules photosensibles classées

en lignes et en colonnes.

13.- Dispositif semiconducteur suivant la revendication 12, caractérisé en ce que les conducteurs en forme de bandes s'étendent parallèlement à la direction de colonne de la -23-

mosaïque et sont chacun connectés séparément à un disposi-

tif de commutation associé.

14.- Dispositif semiconducteur suivant la revendication 13, caractérisé en ce que les dispositifs de commutation qui sont connectés d'un côté aux conducteurs en forme de

bandes sont connectés de l'autre côté à des entrées paral-

lèles d'un registre de transfert de charge, les charges de

signaux Qs d'une ligne pouvant être transférées par l'inter-

médiaire des dispositifs de commutation parallèles dans le

registre de transfert de charge et pouvant être transpor-

tées par l'intermédiaire du registre de transfert de charge vers une sortie en vue d'être obtenues en série en un autre endroit. 15.Dispositif semiconducteur suivant l'une quelconque

des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que les para-

mètres n et 0t sont choisis tels que t soit inférieur ou

égal au temps de retour du spot de ligne.

16.- Caméra de prise de vues comportant un dispositif

semiconducteur suivant l'une quelconque des revendications

il à 15.